焦油是煤氣生產(chǎn)過程中在高溫下產(chǎn)生的一種復雜的高分子聚合體。煤氣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的焦油的一部分以極其微小的霧滴狀態(tài)懸浮于煤氣中，其霧滴粒徑為1～7μm。焦油霧會在后續(xù)的洗滌等煤氣凈化過程中被洗滌下來進入溶液或吸附于管道和設備上，造成溶液污染，產(chǎn)品質(zhì)量降低，設備及管道堵塞。為保證后續(xù)凈化系統(tǒng)的正常運行，在煤氣凈化工序的開始應首先進行焦油霧的脫除。
1 電捕焦油器的安全操作要求
捕集煤氣中的焦油霧的設備有機捕焦油器和電捕焦油器，我國目前主要采用電捕焦油器捕集煤氣中的焦油霧。電捕焦油器按其沉淀極的結構形式可分為管式、蜂窩式、同心圓式和板式等類型。電捕焦油器都是利用在高壓靜電的作用下產(chǎn)生正負極，使煤氣中的焦油霧在隨煤氣通過電捕焦油器時，由于受到電場的作用被捕集下來。由于煤氣為易燃易爆氣體，電捕焦油器必須保證安全操作。電捕焦油器由于電極間有電暈，可能發(fā)生火花放電現(xiàn)象。如果煤氣中混有氧氣，當煤氣與氧氣的混合比例達到爆炸極限時就會發(fā)生爆炸。
2 煤氣中的氧含量控制
煤氣中的氧氣主要來源于制造過程中設備及管道密封不嚴泄漏進入的空氣，或來自燃料氣化用氣化劑過剩或短路。人工煤氣在生產(chǎn)過程中，有時會有一定量的空氣進入煤氣中，為保證混入的空氣與煤氣混合后不達到爆炸極限，就應控制煤氣中的氧氣含量。《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》(GB 50028—2006)規(guī)定，當干餾煤氣中氧體積分數(shù)大于1%時，電捕焦油器應發(fā)出報警信號，當氧體積分數(shù)達到2%時，應有能立即切斷電源的措施。《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》(GB 6222—2005)中也有此規(guī)定。這些規(guī)定都以煤氣中氧體積分數(shù)不得超過1%為界限，這一界限比較保守，實際生產(chǎn)過程中操作難度較大。
3 煤氣中的氧含量與爆炸極限的關系
不同煤氣的爆炸極限各不相同，各種人工煤氣的爆炸極限見表1。
表1 各種人工煤氣的爆炸極限 %
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名稱
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空氣中煤氣爆炸極限體積分數(shù))
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煤氣中空氣體積分數(shù)
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煤氣中氧氣體積分數(shù)
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上限
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下限
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爆炸上限時
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爆炸下限時
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爆炸上限時
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爆炸下限時
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焦爐煤氣
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35.8
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4.5
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64.2
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95.5
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13.5
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20.1
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直立爐煤氣
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40.9
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4.9
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59.1
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95.1
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12.4
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20.0
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發(fā)生爐煤氣
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67.5
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21.5
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32.5
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78.5
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6.8
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16.5
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水煤氣
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70.4
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6.2
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29.6
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93.8
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6.2
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19.7
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油制氣
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42.9
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4.7
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57.1
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95.3
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12.0
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20.0
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從表1可見，對于焦爐煤氣、油煤氣、直立爐煤氣，當達到煤氣的爆炸上限，煤氣中氧體積分數(shù)為12%～13.5%(即煤氣中空氣體積分數(shù)達60%左右)時才能形成爆炸性氣體。而正常生產(chǎn)情況下，煤氣中空氣量不可能達到如此高的程度，控制煤氣中氧體積分數(shù)低于1%的規(guī)定可以放寬。對于發(fā)生爐煤氣及水煤氣，當煤氣中空氣體積分數(shù)達到30%左右，即煤氣中氧體積分數(shù)達到6%以上時才能達到爆炸極限。以爆炸極限范圍最寬的水煤氣為例，如果控制煤氣中氧體積分數(shù)≤3%，相當于煤氣中空氣體積分數(shù)≤14.3%，這時距其爆炸上限(空氣體積分數(shù)為29.6%)還相當遠，還有相當大的緩沖空間。因此控制煤氣中氧體積分數(shù)≤3%安全，從爆炸極限角度分析可行。
4 建議
實際生產(chǎn)過程中控制煤氣中氧體積分數(shù)低于1%很難進行操作，許多企業(yè)采用氧體積分數(shù)≤1%時切斷電源的控制程序，經(jīng)常發(fā)生斷電停車，影響后續(xù)工段的正常生產(chǎn)。隨著工藝、設備及控制技術的發(fā)展，操作人員素質(zhì)的提高，相當一部分企業(yè)能夠控制煤氣中的氧體積分數(shù)≤1%，如上海的幾個煤氣廠、焦化廠，能夠控制電捕焦油器煤氣中氧體積分數(shù)≤1%。但國內(nèi)大部分相關企業(yè)都反映很難控制電捕焦油器煤氣中氧體積分數(shù)≤1%，大部分企業(yè)都控制在2%～4%。國內(nèi)外多年的實際生產(chǎn)運行，沒有因煤氣含氧量過高發(fā)生過電捕焦油器爆炸的情況。
從理論上分析及國內(nèi)外企業(yè)多年的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗看，控制電捕焦油器煤氣中氧體積分數(shù)≤3%可行。為滿足安全生產(chǎn)的要求，建議當煤氣中氧體積分數(shù)≥2%時自動報警，當煤氣中氧體積分數(shù)達到3%時應切斷電源。
對于用于一氧化碳變換的低熱值煤氣，氧體積分數(shù)＞0.5%時應進行自動報警，并控制煤氣中氧體積分數(shù)≤1%。這是由于采用鎳系催化劑對煤氣含氧量的要求。
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